Biztosítóberendezési rendszerek biztonsága Nézetek és valóság,...

Átírás

1 Katedra riadiacich a informačných systémov Elektrotechnická fakulta Žilinská univerzita, Univerzitná 1, Žilina Biztosítóberendezési rendszerek biztonsága Nézetek és valóság,... prof. Ing. Karol Rástočný, PhD. doc. Ing. Izabela Krbilová, PhD. Budapest 2013

2 Bevezetés A BB technika korszerűsítése hatékony és biztonságos közlekedés Korszerűsítés Megbízhatóság Hibátlanság Készenlét Karbantarthatóság? Élettartam A BBT korszerűsítése elektronizálás más hozzáállás a fejlesztéshez, az üzemeltetéshez és a karbantartáshoz Hatékonyság + Biztonság 2

3 Az előadás tárgya Gyakran hallott kijelentések Bevezetés A rendszer nagy megbízhatóságú, tehát biztonságos... A BB rendszer működött egy évig próbaüzemben, és nem keletkezett semmilyen veszélyeztető állapot, tehát a rendszer biztonságos... Ha biztonságról van szó, az ár nem számít... A rendszer SILx szintű A BB életkora nem befolyásolja a biztonságot, csak a megbízhatóságot Kérdések Mit jelentenek ezek a kijelentések? Egyáltalán helyesek ezek a kijelentések? Ha érvényesek ezek a kijelentések, akkor milyen körülmények között? 3

4 Megbízhatóság verzus biztonság Integritás és készenlét vs biztonság Elsődleges biztonság BB rendszer (Működőképes) Másodlagos biztonság BB rendszer (Működésképtelen teljesen, részlegesen) Biztonságintegritás az elsődleges biztonság befolyásolása Készenlét a másodlagos biztonság befolyásolása 4

5 Megbízhatóság verzus biztonság A hibás kezelés befolyása a biztonságra Az operátor kapcsolata a BB-vel és a közlekedési folyamattal modell architektúra Biztosító berendezés (BB) Közlekedési folyamat (KF) Veszélyeztetheti-e a hibás kezelés a közlekedés biztonságát? A kapott visszajelentések biztonságilag relevánsak-e? Operátor Működő biztosítóberendezés esetén az operátor befolyásolja-e a KF biztonságát? Mekkora a BB felújítási ideje? Milyen gyakoriak a biztonságkritikus kezelések? 5

6 Megbízhatóság verzus biztonság A hibás kezelés befolyása a biztonságra Kapcsolat az operátor, a BB és a KF között állapotmodell A BB működőképes Átmenet veszélyeztető állapotba BB hiba miatt A KF veszélyeztetett állapota p s A BB állapotai A hiba detektálása és negációja után a BB biztonságos állapotban van Átmenet veszélyeztető állapotba az operátor hibájának következtében (másodlagos veszélyeztetés) Átmenet veszélyeztető állapotba az operátor hibájának következtében (elsődleges veszélyeztetés) 6

7 A SIL táblázat interpretációja és alkalmazása Kockázatelemzés a BB életciklusában Koncepció A rendszer definíciója és az alkalmazás feltételei Kockázatelemzés Rendszerkövetelmények A rendszerkövetelmények lebontása Tervezés és megvalósítás Veszélyeztetések azonosítása... A veszélyeztetések következményeinek azonosítása Kockázatszámítás (becslés) (minden egyes veszélyeztetésre) THR meghatározása (minden egyes veszélyeztetésre) 7

8 Veszélyeztetések kezelése Kockázatelemzés Katedra riadiacich a informačných systémov A SIL táblázat interpretációja és alkalmazása A kockázatelemzéstől a BB tervezéséig Veszélyeztetések listája Azonosító Leírás THR [h -1 ] H1 Jármű kisiklása a váltón H A biztonsági funkciók definiálása Azonosító Leírás THR [h -1 ] F1 A váltó szakasz szabad állapotának ellenőrzése F BB architektúra definiálása A funkciók hozzárendelése a BB egyes részeihez THR hozzárendelése a BB egyes részeihez 8

9 A SIL táblázat interpretációja és alkalmazása SIL táblázat (STN EN 50129) Tolerable Hazard Rate THR per hour and per function Safety Integrity Level 10-9 THR < THR < THR < THR < SIL táblázattal összefüggő kérdések: Lehet kvantifikálni az összes veszélyes hibák előfordulását? Mi az értelme és érvényesség terjedelme a SIL táblázatban megadott értékeknek? Hogyan van definiálva a biztonsági funkció? 9

10 A SIL táblázat interpretációja és alkalmazása Az elektronikus BB-k hibáinak besorolása Biztosítóberendezés SW HW Szisztematikus Véletlenszerű Egyéb Biztosítóberendezések hibái 10

11 A követelmények teljesítésének igazolása Követelményspecifikáció Katedra riadiacich a informačných systémov A SIL interpretációja és alkalmazása Biztonságintegritás verzus hibák Biztonságintegritás Szisztematikus hibák elleni biztonságintegritás Véletlenszerű hibák elleni biztonságintegritás Tesztelés & Tesztelés + Számítás (SIL táblázat használata) 11

12 A BB biztonsági funkciója Biztonsági funkció A BB biztonsági funkciója Nem biztonságreleváns irányító funkciók Biztonságreleváns irányító funkciók Védelmi funkciók Biztonsági funkciók Rendszer követelmények Nem biztonsági követelmények Biztonsági követelmények Következtetés: A biztonsági funkciókat a kockázatelemzés alapján kell specifikálni 12

13 Biztonsági funkció Biztonsági funkcióhoz SIL hozzárendelése Az F biztonsági funkció megvalósítása S K1 L K2 A SIL S SIL K1 SIL L SIL K2 SIL A HS HK1 HL HK2 HA HF = HS + HK1 + HL + HK2 + HA SIL F Megjegyzés: Ha a biztonsági funkcióra a követelmény pld. SIL4, és az összes rendszerelem teljesíti a SIL 4-et, az még nem jelenti azt, hogy a biztonsági funkció is SIL4 lesz. 13

14 SIL interpretációja és alkamazása Biztonsági funkcióhoz SIL hozzárendelése S1 F 1 F 1, F 2 A1 F 1 F 1... THR F1 F 2... THR F2 L S2 F 2 A2 F 2 HF1 = HS1 + HL + HA1 HF1 THR F1 HF2 = HS2 + HL + HA2 HF2 THR F2 Biztosítóberendezéshez SIL hozzárendelése S1 F 1 S2 F 2 F 1, F 2 L A1 F 1 A2 F 2 HS = HS1 + HS2 + HL + HA1 + HA2 14

15 Egyszerűsített példa Biztonsági funkció Feladat: az állomásfej vágányszakaszai (KÚZ) szabad állapotának ellenőrzése KÚ1 S1 S2 KÚ2 S4 S3 Tételezzük fel tengelyszámláló alkalmazását (PO) 15

16 Biztonsági funkció Katedra riadiacich a informačných systémov Műszaki megoldás (1) S S S LPO R Tengelyszámláló SIL HS = 0, h -1 HLPO = h -1 HR = h -1 HPO = 3. HS + HLPO + HR HPO = 4, h -1 16

17 Biztonsági funkció Katedra riadiacich a informačných systémov Műszaki megoldás (1) Biztonsági funkció: A KÚ1 szakasz foglaltságellenőrzése HF1 = 2. HS + HLPO + HR HF1 = h -1 Biztonsági funkció: A KÚ2 szakasz foglaltságellenőrzése HF 2 = 3. HS + HLPO + HR HF2 = 4, h -1 Biztonsági funkció: A KÚZ szakasz foglaltságellenőrzése HF Z = 4. HS + 2. HLPO + 2. HR HFZ = h -1 17

18 Biztonsági funkció Katedra riadiacich a informačných systémov Műszaki megoldás (2) Tengelyszámláló SIL HS = 0, h -1 HLPO = h -1 HR = h -1 HPO = 4. HS + HLPO + 3. HR HPO = h -1 18

19 Biztonsági funkció Katedra riadiacich a informačných systémov Műszaki megoldás (2) Biztonsági funkció: A KÚ1 szakasz foglaltságellenőrzése HF1 = 2. HS + HLPO + HR HF1 = h -1 Biztonsági funkció: A KÚ2 szakasz foglaltságellenőrzése HF 2 = 3. HS + HLPO + HR HF2 = 4, h -1 Biztonsági funkció: A KÚZ szakasz foglaltságellenőrzése HF Z = 4. HS + 1. HLPO + 2. HR HFZ = h -1 19

20 Biztonsági funkció Egyszerűsített példa a biztonsági funkciók megvalósítására F: Váltók vezérlése és ellenőrzése (OKV) SIL4... THR < h -1 THR? F1: Váltó foglaltságellenőrzése VÚ THR? F2: Váltóállás ellenőrzése F3: Váltóállítás THR? 20

21 Biztonsági funkció Példa a biztonsági funkciók megvalósítására F F Váltó vezérlés és ellenőrzés (OKV) 21

22 Biztonsági funkció Példa a biztonsági funkciók megvalósítására F F1 Foglaltság ellenőrzés (KVÚ) F23 Végállásellenőrzés és hajtóművezérlés (KPP) 22

23 Biztonsági funkció Példa a biztonsági funkciók megvalósítására F F1 Foglaltság ellenőrzés (KVÚ) F2 Végállásellenőrzés (KP) F3 Hajtóművezérlés (OP) 23

24 Biztonsági funkció A biztonsági funkció definiálásának objektivitása Idealizált követelmény Az utasnak azonos biztonságot kellene nyújtani, függetlenül attól, hogy melyik ország melyik vasútvonalán utazik. Alapelv Az a kockázat, aminek az utas ki van téve, nem kellene, hogy nagyobb legyen, mint az általánosan tolerálható kockázat; attól függjön, hogy milyen vasúti műszaki rendszert vesz igénybe az utas. Hogyan lehet ezt elérni? A biztonsági kockázat meghatározása az egyéni kockázat alapján 24

25 A svájci vasút példája (SBB) Alapelv Biztonsági funkció A biztonság igazolásánál ki kell mutatni, hogy semmilyen nem tolerálható kockázat nem keletkezik, és minden megfelelő kockázatcsökkentő eljárást alkalmaztak. Kiindulás (főleg statisztikai adatok) MEM kritérium: R i = haláleset/ személyenként és évenként Egy utas átlagos útja vonattal: 47 min; vonatsebesség 50,5 km.h -1 Átlagos üzemi feltételek: 125,8 vonat/nap, 129 utas/vonat Az utas átlagos kockázata R k =1.02 FWI/év (Fatalities and Weighted Injuries: FWI = halálos sérülések száma + 0,1. súlyos sérülések száma + 0,01. könnyű sérülések száma) Az egyén legfeljebb 1000 óra/év időben használja a vasutat. Következtetés Az utas átlagos tolerálható kockázata: R iac =1.5 FWI/személy és év Ár Biztonság 25

26 Tol. ár Katedra riadiacich a informačných systémov Biztonsági funkció Ár verzus biztonság (kockázat) Fiktív összefüggés a rendszer ára és kockázata kozott Ár Határ-ár Tolerálható kockázat Határ-kockázat Kockázat 26

27 A biztosítóberendezés élettartama Biztosítóberendezés elektromechanikus elemekkel λ [h -1 ] Rendszer meghibásodás gyakorisága Tervezett rendszerkarbantartás A veszélyeztető rendszerhibák megengedett maximális gyakorisága A veszélyeztető rendszerhibák gyakorisága A rendszer hasznos élettartama t [h] 27

28 A biztosítóberendezés élettartama Biztosítóberendezés elektronikus elemekkel (1) λ [h -1 ] Rendszerhibák gyakorisága A veszélyeztető rendszerhibák megengedett maximális gyakorisága A veszélyeztető rendszerhibák gyakorisága A rendszer hasznos élettartama t [h] 28

29 A biztosítóberendezés élettartama Biztosítóberendezés elektronikus elemekkel (2) A külsőtéri elemek élettartama (jelzők, váltóhajtóművek,...) Elvben a relés rendszerekkel azonos A belsőtéri elemek élettartama (logika) Relés rendszerek elvben a kábelezés élettartama korlátozza (szigetelés romlása csökken a szigetelési ellenállás, rövidzárak) Elektronikus rendszerek elvben az elemek meghibásodása korlátozza HW csere Majdnem problémamentes, árban nem igényes standard elemek SW csere A szoftver fizikailag nem használódik el A szoftver kompatibilis lesz az új HW-rel (gyors technológiai váltás az elektronikus elemeknél) 29

30 Összefoglalás A biztosítóberendezési rendszert az EN szabvány értelmében folyamatos üzemű rendszernek kell tekinteni, és ezért nemcsak a biztonságintegritási, hanem a készenléti követelményeket is teljesítenie kell. Az a kockázat, aminek az utas ki van téve, nem lehet nagyobb, mint az általánosan tolerálható kockázat, és nem függhet az alkalmazott műszaki eszközöktől. A biztosítóberendezés egész hasznos élettartama alatt kell, hogy teljesítse azokat a feltételeket, amelyek alapján fejlesztették és amelyeket figyelembe vettek a berendezés biztonságának értékelésénél. Köszönöm a figyelmet! 30